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溫度傳感器選用指南

選擇溫度傳感器比選擇其它類型的傳感器所需要考慮的內容更多。首先，必須選擇傳感器的結構，使敏感元件的規定的測量時間之內達到所測流體或被測表面的溫度。溫度傳感器的輸出僅僅是敏感元件的溫度。實際上，要確保傳感器指示的溫度即為所測對象的溫度，常常是很困難的。

在大多數情況下，對溫度傳感器的選用，需考慮以下幾個方面的問題：
（1） 被測對象的溫度是否需記錄、報警和自動控制，是否需要遠距離測量和傳送。
（2） 測溫范圍的大小和精度要求。
（3） 測溫元件大小是否適當。
（4） 在被測對象溫度隨時間變化的場合，測溫元件的滯后能否適應測溫要求。
（5） 被測對象的環境條件對測溫元件是否有損害。
（6） 價格如何，使用是否方便。

容器中的流體溫度一般用熱電偶或熱電阻探頭測量，但當整個系統的使用壽命比探頭的預計使用壽命長得多時，或者預計會相當頻繁地拆卸出探頭以校準或維修卻不能在容器上開口時，可在容器壁上安裝永久性的熱電偶套管。用熱電偶套管會顯著地延長測量的時間常數。當溫度變化很慢而且熱導誤差很小時，熱電偶套管不會影響測量的精確度，但如果溫度變化很迅速，敏感元件跟蹤不上溫度的迅速變化，而且導熱誤差又可能增加時，測量精確度就會受到影響。因此要權衡考慮可維修性和測量精度這兩個因素。

熱電偶或熱電阻探頭的全部材料都應與可能和它們接觸的流體適應。使用裸露元件探頭時，必須考慮與所測流體接觸的各部件材料（敏感元件、連接引線、支撐物、局部保護罩等）的適應性，使用熱電偶套管時，只需要考慮套管的材料。

電阻式熱敏元件在浸入液體及多數氣體時，通常是密封的，至少要有涂層，裸露的電阻元件不能浸入導電或污染的流體中，當需要其快速響應時，可將它們用于干燥的空氣和有限的幾種氣體及某些液體中。電阻元件如用在停滯的或慢速流動的流體中，通常需有某種殼體罩住以進行機械保護。

當管子、導管或容器不能開口或禁止開口，因而不能使用探頭或熱電偶套管時，可通過在外壁鉗夾或固定一個表面溫度傳感器的方法進和測量。為了確保合理的測量精度，傳感器必須與環境大氣熱隔離并與熱輻射源隔離，而且必須通過傳感器的適當設計與安裝使壁對敏感元件的熱傳導達到到最佳狀態。
所測的固體材料可以是金屬的或非金屬的，任何類型的表面溫度傳感器都會在某種程度上改變被測物表面或表面下層的材料特性。因此，必須對傳感器及其安裝方法進行適當的選擇以便將這種干擾減到最小程度。理想的傳感器應該完全用與所測固體相同的材料制造并與材料形成一體，這樣測量點或其周圍的結構特征就不會以任何方式改變。可用的這類傳感器有各種各樣，其中包括電阻（薄膜熱電阻、溫度傳感器）型，也包括薄膜和細導線型的熱電偶。用可埋入的小傳感器或帶螺紋的鑲嵌件進行表面玉的溫度測量，應使埋入的傳咸器或鑲嵌件的外緣與所測材料的外表面平齊。鑲嵌件的材料應與所測的材料相同，至少要非常相似。使用墊圈式傳感器時，必須注意確保墊圈所能達到的溫度盡可能接近欲測溫度。

溫度傳感器的選擇主要是根據測量范圍。當測量范圍預計在總量程之內，可選用鉑電阻傳感器。較窄的量程通常要求傳感器必須具有相當高的基本電阻，以便獲得足夠大的電阻變化。溫度傳感器所提供的足夠大的電阻變化使得這些敏感元件非常適用于窄的測量范圍。如果測量范圍相當大時，熱電偶更適用。最好將冰點也包括在此范圍內，因為熱電偶的分度表是以此溫度為基準的。已知范圍內的傳感器線性也可作為選擇傳感器的附加條件。

響應時間通常用時間常數表示，它是選擇傳感器的另一個基本依據。當要監視貯槽中溫度時，時間常數不那么重要。然而當使用過程中必須測量振動管中的溫度時，時間常數就成為選擇傳感器的決定因素。珠型溫度傳感器和鎧裝露頭型熱電偶的時間常數相當小，而浸入式探頭，特別是帶有保護套管的熱電偶，時間常數比較大。

動態溫度的測量比較復雜，只有通過反復測試，盡量接近地模擬出傳感器使用中經常發生的條件，才能獲得傳感器動態性能的合理近似。

NTC負溫度系數溫度傳感器

NTC負溫度系數溫度傳感器工作原理

NTC是Negative Temperature Coefficient 的縮寫,意思是負的溫度系數,泛指負溫度系數很大的半導體材料或元器件，所謂NTC溫度傳感器器就是負溫度系數溫度傳感器器。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料，采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導體性質，因為在導電方式上完全類似鍺、硅等半導體材料。溫度低時，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數目增加，所以電阻值降低。NTC溫度傳感器器在室溫下的變化范圍在10O~1000000歐姆，溫度系數-2%~-6.5%。NTC溫度傳感器器可廣泛應用于溫度測量、溫度補償、抑制浪涌電流等場合。

NTC負溫度系數熱敏電阻專業術語

零功率電阻值 RT（Ω）

RT指在規定溫度 T 時，采用引起電阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計的測量功率測得的電阻值。

電阻值和溫度變化的關系式為：

RT = RN expB(1/T – 1/TN)

RT ：在溫度 T （ K ）時的 NTC 熱敏電阻阻值。
RN ：在額定溫度 TN （ K ）時的 NTC 熱敏電阻阻值。
T ：規定溫度（ K ）。
B ： NTC 熱敏電阻的材料常數，又叫熱敏指數。
exp ：以自然數 e 為底的指數（ e = 2.71828 …）。

該關系式是經驗公式，只在額定溫度 TN 或額定電阻阻值 RN 的有限范圍內才具有一定的精確度，因為材料常數 B 本身也是溫度 T 的函數。

額定零功率電阻值 R25 （Ω）

根據國標規定，額定零功率電阻值是 NTC 熱敏電阻在基準溫度 25 ℃ 時測得的電阻值 R25，這個電阻值就是 NTC 熱敏電阻的標稱電阻值。通常所說 NTC 熱敏電阻多少阻值，亦指該值。

材料常數（熱敏指數） B 值（ K ）

B 值被定義為：

RT1 ：溫度 T1 （ K ）時的零功率電阻值。
RT2 ：溫度 T2 （ K ）時的零功率電阻值。
T1， T2 ：兩個被指定的溫度（ K ）。

對于常用的 NTC 熱敏電阻， B 值范圍一般在 2000K ～ 6000K 之間。

零功率電阻溫度系數（αT ）

在規定溫度下， NTC 熱敏電阻零動功率電阻值的相對變化與引起該變化的溫度變化值之比值。

αT ：溫度 T （ K ）時的零功率電阻溫度系數。
RT ：溫度 T （ K ）時的零功率電阻值。
T ：溫度（ T ）。
B ：材料常數。

耗散系數（δ）

在規定環境溫度下， NTC 熱敏電阻耗散系數是電阻中耗散的功率變化與電阻體相應的溫度變化之比值。

 δ： NTC 熱敏電阻耗散系數，（ mW/ K ）。
△ P ： NTC 熱敏電阻消耗的功率（ mW ）。
△ T ： NTC 熱敏電阻消耗功率△ P 時，電阻體相應的溫度變化（ K ）。

熱時間常數(τ)

在零功率條件下，當溫度突變時，熱敏電阻的溫度變化了始未兩個溫度差的 63.2% 時所需的時間，熱時間常數與 NTC 熱敏電阻的熱容量成正比，與其耗散系數成反比。

τ：熱時間常數（ S ）。
C： NTC 熱敏電阻的熱容量。
δ： NTC 熱敏電阻的耗散系數。

額定功率Pn

在規定的技術條件下，熱敏電阻器長期連續工作所允許消耗的功率。在此功率下，電阻體自身溫度不超過其最高工作溫度。

最高工作溫度Tmax

在規定的技術條件下，熱敏電阻器能長期連續工作所允許的最高溫度。即:

T0-環境溫度。

測量功率Pm

熱敏電阻在規定的環境溫度下， 阻體受測量電流加熱引起的阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計時所消耗的功率。
一般要求阻值變化大于0.1%，則這時的測量功率Pm為： 

電阻溫度特性

NTC熱敏電阻的溫度特性可用下式近似表示：

式中：
RT：溫度T時零功率電阻值。
A：與熱敏電阻器材料物理特性及幾何尺寸有關的系數。　
B：B值。
T：溫度（k）。
更精確的表達式為：

式中：RT：熱敏電阻器在溫度T時的零功率電阻值。
　　　T：為絕對溫度值，K；
　　　A、B、C、D：為特定的常數。

電阻－溫度特性

熱敏電阻的電阻－溫度特性可近似地用式1表示。

(式1) R=R_o exp {B(I/T-I/T_o)}

但實際上，熱敏電阻的B值并非是恒定的，其變化大小因材料構成而異，最大甚至可達5K/°C。因此在較大的溫度范圍內應用式1時，將與實測值之間存在一定誤差。

此處，若將式1中的B值用式2所示的作為溫度的函數計算時，則可降低與實測值之間的誤差，可認為近似相等。

(式2) B_T=CT²+DT+E

上式中，C、D、E為常數。
另外，因生產條件不同造成的B值的波動會引起常數E發生變化，但常數C、D 不變。因此，在探討B值的波動量時，只需考慮常數E即可。


•  常數C、D、E的計算
常數C、D、E可由4點的(溫度、電阻值)數據 (T₀, R₀). (T₁, R₁). (T₂, R₂) and (T₃, R₃)，通過式3～6計算。
首先由式樣3根據T₀和T₁,T₂,T₃的電阻值求出B₁,B₂,B₃,然后代入以下各式樣。




•  電阻值計算例

試根據電阻－溫度特性表，求25°C時的電阻值為5(kΩ)，B值偏差為50(K)的熱敏電阻在10°C～30°C的電阻值。

•  步 驟

(1) 根據電阻－溫度特性表，求常數C、D、E。

T_o=25+273.15   T₁=10+273.15   T₂=20+273.15   T₃=30+273.15

(2) 代入B_T=CT²+DT+E+50，求B_T。

(3) 將數值代入R=5exp {(B_TI/T-I/298.15)}，求R。
*T : 10+273.15～30+273.15

•  電阻－溫度特性圖如圖1所示

電阻溫度系數

所謂電阻溫度系數(α)，是指在任意溫度下溫度變化1°C(K)時的零負載電阻變化率。電阻溫度系數(α)與B值的關系，可將式1微分得到。



這里α前的負號(－)，表示當溫度上升時零負載電阻降低。

散熱系數 (JIS-C2570)

散熱系數(δ)是指在熱平衡狀態下，熱敏電阻元件通過自身發熱使其溫度上升1°C時所需的功率。
在熱平衡狀態下，熱敏電阻的溫度T₁、環境溫度T2及消耗功率P之間關系如下式所示。



產品目錄記載值為下列測定條件下的典型值。

(1)	25°C靜止空氣中。
(2)	軸向引腳、經向引腳型在出廠狀態下測定。

額定功率(JIS-C2570)

在額定環境溫度下，可連續負載運行的功率最大值。
產品目錄記載值是以25°C為額定環境溫度、由下式計算出的值。

(式) 額定功率=散熱系數×（最高使用溫度－25）

最大運行功率

最大運行功率=t×散熱系數 … (3.3)
這是使用熱敏電阻進行溫度檢測或溫度補償時，自身發熱產生的溫度上升容許值所對應功率。(JIS中未定義。)容許溫度上升t°C時，最大運行功率可由下式計算。

應環境溫度變化的熱響應時間常數(JIS-C2570)

指在零負載狀態下，當熱敏電阻的環境溫度發生急劇變化時，熱敏電阻元件產生最初溫度與最終溫度兩者溫度差的63.2%的溫度變化所需的時間。

熱敏電阻的環境溫度從T₁變為T₂時，經過時間t與熱敏電阻的溫度T之間存在以下關系。

(1)	靜止空氣中環境溫度從50°C至25°C變化時，熱敏電阻的溫度變化至34.2°C所需時間。
(2)	軸向引腳、徑向引腳型在出廠狀態下測定。

另外應注意，散熱系數、熱響應時間常數隨環境溫度、組裝條件而變化。

NTC負溫度系數熱敏電阻R-T特性 
 

   
B 值相同， 阻值不同的 R-T 特性曲線示意圖 

相同阻值，不同B值的NTC熱敏電阻R-T特性曲線示意圖

溫度測量、控制用NTC熱敏電阻器

外形結構

環氧封裝系列NTC熱敏電阻

玻璃封裝系列NTC熱敏電阻

應用電路原理圖

溫度測量（惠斯登電橋電路）

溫度控制

應用設計

• 電子溫度計、電子萬年歷、電子鐘溫度顯示、電子禮品；
• 冷暖設備、加熱恒溫電器；
• 汽車電子溫度測控電路；
• 溫度傳感器、溫度儀表；
• 醫療電子設備、電子盥洗設備；
• 手機電池及充電電器。

溫度傳感用NTC熱敏電阻器

  空調、冰箱、冰柜、酒柜、熱水器、咖啡壺、水壺、飲水機、暖風機、微波爐、多仕爐、面包機、電磁爐、電飯煲、電烤箱、油炸鍋、燒烤叉、直發器、電熨斗、洗衣機、豆漿機、電池組、充電器、電動工具、按摩座椅、智能馬桶、足浴盆、按摩浴缸、整體浴室等溫度測量與控制。

    產品特點：
    1、產品性能穩定，適合遠距離安裝測溫
    2、標稱阻值、B值精度高、一致性好、測溫精度高
    3、可以根據客戶實際應用控溫點設計標稱值提高測溫精度
    4、具有良好的絕緣密封性、抗機械性能力
    5、可以根據客戶實際安裝情況，以設計各類結構外形方便客戶安裝
    6、抗潮濕性可以達到高溫水煮2000小時，阻值、B值漂移率小于2% 

    Y01A

    用途：100℃環境表面貼裝，電源風扇、電磁爐

    標稱阻值1 R =10KΩ±5% B =3950K±1% 25℃ 25/50
    標稱阻值2 R =100KΩ±5% B =3990K±1% 25℃ 25/50
    熱時間常數 MAX.12sec
    絕緣電壓 1500V ,2sec AC
    絕緣電阻 500V ≥500MΩ DC
    工作溫度 -30℃～+105℃
    抗潮濕能力 (40℃ 95%RH)×1000Hours
    注：固定孔D可選φ3.4orφ3.7orφ4.0orφ4.2orφ4.4orφ4.75

    Y01B

    用途：200℃環境表面貼裝，面包機、多仕爐

    標稱阻值1 R =50KΩ±1% B =3950K±1% 25℃ 25/50
    標稱阻值2 R =100KΩ±1% B =3950K±1% 25℃ 25/50
    熱時間常數MAX.15sec
    絕緣電壓 1500V ,2sec AC
    絕緣電阻 500V ≥500MΩ DC
    工作溫度 -20℃～+200℃
    抗潮濕能力 (40℃ 95%RH)×48Hours
    注：固定孔D可3.4orφ3.7orφ4.0orφ4.2orφ4.4orφ4.75

    Y02

    用途：暖風機、空調、半導體冰箱、酒柜、環境溫度測量

    標稱阻值1 R =5KΩ±1% B =3470K±1% 25℃ 25/50
    標稱阻值2 R =10KΩ±1% B =3435K±1% 25℃ 25/85
    熱時間常數 MAX.15sec
    絕緣電壓 1500V ,2sec AC
    絕緣電阻 500V ,≥500MΩ DC
    工作溫度 -20℃～+100℃
    抗潮濕能力 (40℃ 95%RH)×500Hours
    注：環氧頭包封尺寸可以根據用戶實際需求確定

    Y03

    用途：冰箱，冰柜，冷庫，足浴盆

    標稱阻值1 R =10KΩ±1% B =3435K±1% 25℃ 25/85
    標稱阻值2 R =16.9KΩ±2% B =3771K±2% -18℃ -18/25
    熱時間常數MAX.20sec
    絕緣電壓 1500V ,2sec AC
    絕緣電阻 500V ,≥500MΩ DC
    工作溫度 -40℃～+80℃
    抗潮濕能力(40℃ 95%RH)×2000Hours

    Y04

    用途：飲水機、足浴盆、空調

    標稱阻值1 R =5KΩ±1% B =3470K±1% 25℃ 25/50
    標稱阻值2 R =10KΩ±1% B =3600K±1% 25℃ 25/50
    標稱阻值3 R =10KΩ±1% B =3435K±1% 25℃ 25/85
    熱時間常數MAX.18sec
    絕緣電壓 1500V ,2sec AC
    絕緣電阻 500V ,≥500MΩ DC
    工作溫度 -40℃～+105℃
    抗潮濕能力(40℃ 95%RH)×1000Hours

    Y05

    用途：空調

    標稱阻值1 R =5KΩ±1% B =3470K±1% 25℃ 25/50
    標稱阻值2 R =10KΩ±1% B =3435K±1% 25℃ 25/85
    熱時間常數MAX.20sec
    絕緣電壓 1500V ,2sec AC
    絕緣電阻 500V ,≥500MΩ DC
    工作溫度 -40℃～+105℃
    抗潮濕能力(40℃ 95%RH)×1000Hours

    Y06

    用途：熱水器、水壺

    標稱阻值1 R =50KΩ±1% B =3950K±1% 25℃ 25/50
    標稱阻值2 R =100KΩ±1% B =3950K±1% 25℃ 25/50
    熱時間常數 MAX.20sec
    絕緣電壓 1500V ,2sec AC
    絕緣電阻 500V ,≥500MΩ DC
    工作溫度 -40℃～+105℃
    抗潮濕能力 (40℃ 95%RH)×1000Hours

    Y07

    用途：微波爐、多仕爐、電烤箱

    標稱阻值1 R =100KΩ±1% B =3950K±1% 25℃ 25/50
    標稱阻值2 R =1KΩ±5% B =4537K±3% 200℃ 100/200
    熱時間常數MAX.15sec
    絕緣電壓 1500V ,2sec AC
    絕緣電阻 500V ,≥500MΩ DC
    工作溫度 -30℃～+250℃
    抗潮濕能力(40℃ 95%RH)×48Hours

    Y08

    用途：水壺、熱水器

    標稱阻值1 R =50KΩ±1% B =3950K±1% 25℃ 25/50
    標稱阻值2 R =3.3KΩ±2.5% B =3979K±2% 100℃ 0/100
    熱時間常數 MAX.7sec
    絕緣電壓 1000V ,2sec AC
    絕緣電阻 500V ,≥500MΩ DC
    工作溫度 -40℃～+125℃
    抗潮濕能力 (40℃ 95%RH)×48Hours

    Y09

    用途：水壺、熱水器

標稱阻值1 R =50KΩ±1% B =3950K±1%  25 ℃ 25/50
標稱阻值2 R =100KΩ±1% B =3950K±1%  25 ℃ 25/50
熱時間常數 MAX.7sec
絕緣電壓 1000 V ,2sec AC
絕緣電阻 500 V , ≥500 MΩDC
工作溫度 -40℃～+125℃
抗潮濕能力 (40℃ 95% RH)×48Hours

    Y11

用途：  

豆漿機，水箱

    標稱阻值1    R25℃=50KΩ±1% B25/50=3950K±1% 
    標稱阻值2     R25℃=23KΩ R86℃=2.028KΩ±5% B25/50=4200K±1%
    熱時間常數  MAX.20sec
    絕緣電壓      1800VAC,2sec 
    絕緣電阻      500VDC,≥500MΩ 
    工作溫度     -40℃～+105℃
    抗潮濕能力   (40℃ 95%RH)×1000Hours

    Y11

    用途：洗衣機

      標稱阻值1 R70℃=8.514KΩ±5%     B0/100=3970K±2%
     標稱阻值2 R60℃=3.243KΩ±5%     B25/60=3760K±2%
     熱時間常數 MAX.13sec
     絕緣電壓    3750VAC,2sec 
     絕緣電阻  500VDC,≥500MΩ 
     工作溫度           -20℃～+150℃
     抗潮濕能力 (40℃ 95%RH)×1000Hours 
     注：端子片可選規格：4.8×0.8mm，6.3×0.8mm； 不銹鋼殼可選規格：φ5.8×φ9.8×φ12.4×30.5，φ7.5×φ9.8×φ12.4×30.5，φ9.8×φ12.4×30.5，φ9.8×φ14.4×30.5

    Y12

    用途：油炸鍋、燒烤叉

    標稱阻值1 R25 ℃ =100KΩ±1%   B =3950K±1%  25/50
    標稱阻值2 R200 ℃ =1KΩ±2.5%  B =4537K±2%  100/200
    熱時間常數 MAX.10sec
    絕緣電壓 1500 V ,2sec  AC
    絕緣電阻 500 V ≥500 MΩ DC
    工作溫度 -30℃～+250℃
    抗潮濕能力 (40℃ 95% RH)×48Hours
    注：可根據客戶安裝要求彎折
,

    Y13

    用途：太陽能熱水器等溫度控制器

    標稱阻值1 R25 ℃ =10KΩ±1% B =3950K±1% 25/50
    標稱阻值2 R25 ℃ =10KΩ±1% B =3470K±1% 25/50
    熱時間常數 MAX.20sec
    絕緣電壓 1500 V ,2sec AC
    絕緣電阻 500 V ≥500 MΩ DC
    工作溫度 -40℃～+80℃
    抗潮濕能力 (40℃ 95% RH)×2000Hours標稱阻值1 R =50KΩ±1% B =3950K±1% 25℃ 25/50
    

    Y14

    用途：水壺，咖啡壺

    標稱阻值1 R25 ℃ =50KΩ±1% B =3950K±1% 25/50
    標稱阻值2 R25 ℃ =100KΩ±1% B =3950K±1% 25/50
    熱時間常數 MAX.20sec
    絕緣電壓 1500 V ,2sec AC
    絕緣電阻 500 V ≥500 MΩ DC
    工作溫度 -40℃～+200℃
    抗潮濕能力 (40℃ 95% RH)×48Hours標稱阻值1 R25 ℃ =10KΩ±1% B =3950K±1% 25/50